DE102013212154A1

DE102013212154A1 - Vorrichtung zum Einpflegen von Arbeitsraumdaten in ein Arbeitsraumbegrenzungssystem einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102013212154A1
Application number: DE102013212154.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Grepl; Joachim Breidert; Henning Hayn; Oliver Glitza; Roman Mayer; Frederik Gladhorn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Offenbart wurde eine Vorrichtung zum Einpflegen von Arbeitsraumdaten in ein Arbeitsraumbegrenzungssystem einer Arbeitsmaschine. Der Arbeitsraum wird erfindungsgemäß abgesteckt, indem zulässige und unzulässige Aufenthaltsbereiche der Arbeitsmaschine und ihres Werkzeuges definiert werden. Dies kann sowohl bereits während der Bauplanung mittels Karten- oder CAD-Unterstützung geschehen, als auch im laufenden Betrieb der Arbeitsmaschine durch ihren Bediener. In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann dieser in unmittelbarer Nähe der Hauptbedienelemente auf einen Touchscreen zugreifen, der besonders zügig und praktisch die Definition und Manipulation der Aufenthaltsbereiche gestattet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eingabesystem zur Generierung der Objekt- und Bereichs-Daten für Arbeitsraumüberwachungen.
1. Stand der Technik
Für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere Bagger, sind bereits Systeme bekannt, die den Arbeitsraum der Arbeitsmaschine überwachen und/oder -begrenzen, siehe beispielsweise die Schrift EP 0 785 310 B1 .
2. Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einer mit der Bauplanung betrauten Person wie beispielsweise einem Baustellenplaner, Bauingenieur oder Architekten und ebenfalls einem Bediener einer Arbeitsmaschine, der ein Arbeitsraumbegrenzungssystem für mobile Arbeitsmaschinen nutzt, eine komfortable und intuitive Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe er den Arbeitsraum und seine Grenzen schnell und einfach festlegen und ins Arbeitsraumbegrenzungssystem einpflegen kann.
3. Lösung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein System gelöst, in welchem sog. erlaubte Zonen und Objekte und sog. verbotene Zonen und Objekte definiert werden können.
Erlaubte Zonen sind solche, in denen die Arbeitsmaschine oder ihr Werkzeug sich frei von Unfall- und Kollisionsgefahr bewegen darf. Erlaubte Objekte sind solche, die gefahrenlos von der Arbeitsmaschine oder ihrem Werkzeug durchdrungen werden dürfen, beispielsweise Wasser in einem See, oder sogar durchdrungen werden sollen, beispielsweise ein Kieshaufen oder anderes mit der Arbeitsmaschine zu bewegendes Baumaterial. Verbotene Zonen sind solche, in die die Arbeitsmaschine oder ihr Werkzeug nicht eintauchen sollen, beispielsweise die Zone über einer Straße auf der sich Fahrzeuge befinden könnten, mit denen eine Kollision vermieden werden soll. Verbotene Objekte sind solche, die nicht von der Arbeitsmaschine oder ihrem Werkzeug durchdrungen oder berührt werden sollen, beispielsweise weil Zerstörungsgefahr vorliegt, wie im Falle einer Leichtbauwand oder einer weiteren Arbeitsmaschine.
Die Daten werden von der Arbeitsraumüberwachung übernommen, welche dann verhindert, dass die Maschine oder ihr Werkzeug diese erlaubten Zonen oder Objekte verlässt bzw. sich in den verbotenen Zonen oder Objekten befindet oder mit diesen kollidiert. Das Eingabesystem ist dabei einfach und intuitiv vom Anwender bedienbar.
4. Vorteile der Erfindung
Die Definition von erlaubten und verbotenen Zonen und Objekten kann nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform Karten- oder CAD-gestützt geschehen. Es wird bereits während der Planungsphase der Baustelle festgelegt, welche Objekte oder Zonen einer Baustelle von einer Arbeitsmaschine nicht befahren, bearbeitet oder durchdrungen werden dürfen. Dies erfordert einen geringeren Zeitaufwand als das manuelle Einpflegen der Daten und gewährt der mit der Bauplanung betrauten Person eine erhöhte Einflussnahme auf die Einsatzmodalitäten der Arbeitsmaschine.
Gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Bereichs- oder Objektdefinition mit Hilfe einer berührungsempfindlichen Anzeige (Touchscreensysteme) realisiert. Bei solchen Geraten übernimmt der Finger des Bedieners die Funktion einer Computermaus. Der Bediener kann nun durch Berühren der Anzeige die Erzeugung eines Objekts auslösen (durch eine vorhergehende menügeführte Bedienung kann der Bediener z. B. zwischen geometrischen Primitiven wie Flächen, Quadern, Kugeln, Pyramiden, Zylindern etc. wählen) und durch Bewegen des Fingers auf der Anzeige die Größe und Tiefe des Objekts festlegen. Anschließend verbleibt das Objekt zur Anzeige im Display und die Maschinensteuerung übernimmt die Objektdaten als Eingabe für ihren kollisionsdetektierenden Algorithmus, so dass eine Durchdringung dieses Objektbereichs mit der Arbeitsmaschine oder ihrem Werkzeug verhindert wird.
Eine dritte Ausführungsform basiert auf der Eingabe der Arbeitsraumdaten durch ebene oder zylindrische Begrenzungsflächen. Der Bediener gibt die Begrenzungsflächen ein, woraufhin die Vorrichtung sie zu einem dreidimensionalen Bereich zusammenfügt, der entweder als verboten oder als erlaubt definiert werden kann.
Der Vorteil einer zweiten und dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht darin, dass der Bediener eines Arbeitsraumbegrenzungssystems auch auf der Baustelle in die Lage versetzt wird, eigene erlaubte oder verbotene Zonen oder Objekte zu definieren, die erst während des Maschinenbetriebs oder zeitlich unmittelbar vor den anstehenden Arbeiten erkannt und definiert werden können. Stellt ein Maschinenbediener beispielsweise während der Arbeiten fest, dass er einen bestimmten Bereich des für das Werkzeug erreichbaren Arbeitsraums nicht durchdringen möchte, um beispielsweise darin liegende Objekte wie Rohre und Leitungen vor Kollisionen mit der Maschine zu schützen, kann er einen solchen Bereich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems schnell und einfach definieren. Der definierte Bereich wird von der Maschinensteuerung übernommen (eingelesen), welche wiederum dafür sorgt, dass Kollisionen der Maschine oder ihrem Werkzeug mit dem Bereich oder Objekt verhindert werden.
Alternativ zur Eingabe der Koordinaten über den Touchscreen kann in einer weiteren Variante auch ein herkömmliches Display oder 3D-Display mit einem 3D-Eingabegerät verwendet werden. Beispielhaft seien hier 3D-Mouse, 3Dconnexion Spaceexplorer und Sensable Phantom Omni genannt. Die Eingabe kann darüber hinaus auch durch beliebige andere Bedienelemente wie Schalter, Tasten, Knöpfe und/oder Drehräder erfolgen. Für die Bedienung besonders vorteilhaft kann eine Anordnung in Nähe der Hauptbedienelemente zur Steuerung der Arbeitsmaschine oder auf diesen sein, um die Notwendigkeit von Umgreifbewegungen des Bedieners zu vermeiden und Bedienwege möglichst kurz zu gestalten.
Bei der vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform handelt es sich um ein Teach-In-Verfahren. Hierbei fährt der Bediener den zu schützenden Bereich oder Gegenstand in der Realität unter Wahrung eines geeigneten Sicherheitsabstandes mit dem Werkzeug der Arbeitsmaschine an und definiert diesen Punkt als Kante oder Eckpunkt einer geometrischen Primitive. Durch eine vorhergehende menügeführte Bedienung kann der Bediener zwischen geometrischen Primitiven wie beispielsweise Flächen, Quadern, Kugeln, Pyramiden, Zylindern etc. wählen. Der Befehl für das Speichern der einzelnen Grenzen kann statt über den Touchscreen auch über andere Bedienelemente z. B. Schalter, Tasten, Knöpfe und/oder Drehräder erfolgen. Eine Anordnung der Vorrichtungsbedienelemente in Nähe der Hauptbedienelemente der Arbeitsmaschine oder auf diesen kann auch hier vorteilhaft sein. Dieser Vorgang wird für alle notwendigen Kanten bzw. Eckpunkte des gewählten geometrischen Objekts wiederholt und der damit definierte Bereich wird graphisch in der Anzeige wiedergegeben.
In einer weiteren Variante könnte die Vorrichtung die Zonen während des Betriebs aus einem Kamera- und Bildverarbeitungssystem1

1: K. Franke et al. (Eds.): Low-Cost Laser Range Scanner and Fast Surface Registration Approach. DAGM 2006, LNCS 4174, Springer Berlin Heidelberg 2006, S. 718–728.

5. Figuren
1 zeigt eine von einem geeigneten Anzeigesystem dargestellte Arbeitsszene in einer 3D-Virtual-Reality-Darstellung.
Die 2 zeigt von links nach rechts in vier Schritten, wie der Bediener durch Berühren der Anzeige ein Objekt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt.
In 3 zeigt von oben nach unten drei unterschiedliche Konfigurationen einer möglichen Bedienoberfläche. Die Position der Begrenzungsflächen 8, wie in der dritten Ausführungsform beschrieben, kann durch Tasten auf dem Bildschirm 7 verändert werden.
In 1 ist eine beispielhafte 3D-Virtual-Reality-Darstellung zu sehen. Die Perspektive ist die des Bedieners einer Arbeitsmaschine, hier einer mobilen Arbeitsmaschine in Form eines Baggers mit einer Schaufel als Werkzeug 1. Überdies sind Bedienelemente 2 innerhalb der Fahrerkabine dargestellt.
Jeder der in 2 dargestellten Schritte zur Erzeugung eines Objekts zeigt einen Finger 3 des Bedieners. Auf dem ersten Bild von links stellt der Finger über eine Berührung in Kontakt mit dem Touchscreen her. Auf dem zweiten Bild von links ist dann zu sehen, dass der Bediener seinen Finger 3 nach rechts bewegt hat. Dadurch hat er die Breite 4 des Objekts definiert. Das dritte Bild von links zeigt bereits ein zweidimensionales Rechteck, nachdem der Bediener seinen Finger 3 abwärts bewegt hat um die Länge 5 des Objekts zu definierten. Das rechte Bild in 3 zeigt schließlich, wie der Bediener die Tiefe 6 des Objekts definieren kann. Da das System die Ansicht auf dem Touchscreen nach der Definition von Breite und Länge von der Fahrerperspektive auf eine Seitenansicht der Arbeitsmaschine umschaltet, genügt wiederum eine horizontale Bewegung des Fingers 3 nach rechts, um die Tiefe festzulegen.
Die drei unterschiedlichen Konfigurationen einer möglichen Bedienoberfläche in 3 sehen jeweils die Möglichkeit zum Verstellen 7 der Position der Begrenzungsfläche 8 vor. Die Begrenzungsflächen 8 können selektiv deaktiviert werden. Durch Eingabe über eine Bildschirmtaste kann zwischen einer kubischen 9 und einer zylindrischen 10 Arbeitsraumbegrenzung umgeschaltet oder auch die gesamte Begrenzung ausgeschaltet 11 werden. Ferner wird zur Information des Bedieners der Abstand der Begrenzungsflächen zu einem sowie Daten zur aktuellen Achskonfiguration der Arbeitsmaschine angezeigt.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeug
2: Bedienelemente
3: Finger
4: Definition der Objektbreite
5: Definition der Objektlänge
6: Definition der Objekttiefe
7: Tasten auf dem Bildschirm zum verstellen der Begrenzungsfläche
8: Begrenzungsflächen
9: Kubische Arbeitsraumbegrenzung durch Begrenzungsflächen
10: Kreiszylindrische Arbeitsraumbegrenzung durch Begrenzungsflächen
11: Ausgeschaltete Arbeitsraumbegrenzung durch Begrenzungsflächen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0785310 B1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Einpflegen von Arbeitsraumdaten in ein Arbeitsraumbegrenzungssystem einer Arbeitsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten in Form von erlaubten und unerlaubten Aufenthaltsbereichen für die Arbeitsmaschine und seine Werkzeuge definiert und ins System eingepflegt werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufenthaltsbereiche in allen drei Dimensionen durch Begrenzungsflächen definiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufenthaltsbereiche während der Planungsphase der Baustelle im Karten- oder CAD-System festgelegt werden können.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufenthaltsbereiche kurzfristig während des Einsatzes der Arbeitsmaschine vom Bediener definiert oder manipuliert werden können.
nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener zur Definition der Aufenthaltsbereiche auf in der Vorrichtung hinterlegte geometrische Primitiven wie zum Beispiel Flächen, Quader, Kugeln, Pyramiden Zylinder zurückgreift.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Definition oder Manipulation unter Anwendung eines Touchscreens geschieht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Definition oder Manipulation von der Fahrerkabine aus mittels entsprechender Bedienelemente 2 stattfindet, die an oder direkt neben den Hauptbedienelementen angebracht sind.